[无人机学习]无人机学习概论

一、无人机简介

1.1 无人机与航空模型分类

机型	优点	缺点
固定翼飞机	续航时间长，速度快	需要跑道，不能垂直起降
单旋翼飞机	可以垂直起降，空中悬停	续航时间段，机械结构复杂，操控难度大
多旋翼飞机	垂直起降，空中悬停，结构简单，操作灵活	续航时间短，飞行时间慢
垂直起降固定翼飞机	垂直起降，节省跑道，飞行速度快	电量消耗大，飞行时间短，控制体系复杂
倾斜旋翼机	垂直起降，节省跑道，飞行速度快，用可旋转的多旋翼桨提供主动力	电量消耗大，飞行时间短，控制体系复杂

1.2 基本姿态

6个自由度

x，y，z三轴坐标 + 绕x，y，z三轴旋转

状态	名称
pitch	俯仰角
roll	横滚角
yaw	偏航角

二、硬件结构设计

2.1 直径、螺距和弦长

螺旋桨有两个比较重要的指标：直径和螺距。

例：7045、8045、9045、1045；

桨的直径为7.0in，螺距为4.5in；

2.2 有刷电机和无刷电机

有刷电机： 电刷接触3片金属环，电磁铁每转动120°就会改变2组电磁铁的磁性，从而使电磁铁持续旋转，并且不会存在无法转动的四角，转动方向完全依赖于电源的正负极。也就是说，只要改变电源正负极就可以改变电池铁的转动方向。

无刷电机： 无刷电机的电磁铁是定子，不能转动，而永磁铁作为转子进行转动。利用电调换相，将两相直流电源转为三相交流电源输出给无刷电机。

无刷电机型号相关参数

例：2206、2216、2312；定子直径为22毫米，定子高度为6毫米。

名称	细节
铁芯极数	定子上的电磁铁数量
磁钢极数	转子上的磁钢（可认为永磁铁）数量
匝数	定子电磁铁上导线（漆包线）缠绕圈数，单位为T
最大持续电流	电机正常工作情况下可以接受的电流范围
空载电流	电机在空载情况下（不安装螺旋桨），为电机施加一定电压时的电流值。
KV值	电机转动的速度，空载情况下，每为电机施加1V电压，电机每分钟所增加的转数。如2200KV。

2.3 电调与PWM信号

电调（电压调节器），通过接收PWM信号来将输入的电源转化为不同的电压，并输出到电机，控制电机达到不同转速。

PWM信号的频率通常没有规定，早期电调响应PWM信号的频率是50Hz，现在大多数电调都支持500Hz以上的PWM信号的，并且电调内部自带滤波器，可以很好地响应并控制电机的转动。

2.3.1 直流有刷电调

当PWM为75%时，电机停止转动；

当PWM逐渐增加到100%时，电机不断正向旋转；

当PWM逐渐增加到50%时，电机不断反向加速；

电源线反接，电机反转

2.3.2 直流无刷电机

PWM：50%~100%时，电机逐渐转快。

三条电源线任意2跟反接，即可改变转向。

2.3.3 电调初始化

1. 上电。无PWM，3ｓ一次短鸣；
2. 初始化。３ｓ以上50％PWM信号，短鸣电池数，长鸣一声初始化；
3. 工作状态。

2.3.4 最大最小行程校准

1. 电调断电，油门最大；
2. 电调上电，持续3s，发出3次do re mi 音乐；
3. 油门最小，短鸣你个电池数，长鸣一声，校准成功。

2.4 动力电池

锂电池： 聚合物锂芯电池，用LiPo表示。电压范围为：3.7~4.2V

放电倍率：，通常有15C，20C，25C，30C。

10000mAh20C电池：按每小时10000mA的放电速度持续放电1h;

2.5 遥控器

2.5.1 通信频段

2.4GHz，范围为2400~2483MHz

2.5.2 通信协议

类型	详情
PWM	每个通道一组线，解析程序需要根据每一个通道的PWM高电平时长计算通道数值。
PPM	固定周期发送所有通道PWM脉宽的数据格式。一组接线，一个周期内发送所有通道的PWM值，解析程序需要自行区分每一个通道的PWM时长。
S.BUS	每11个bit位表示一个通道数值的协议，串口通信，反向电平
XBUS	常规通信协议，支持18个通道，数据包较大，A、B两种传输模式，遥控器配置可选。

2.5.3 操作方式

1. 日本手

左侧：俯仰+偏航

右侧：油门+横滚

1. 美国手

左侧：油门+偏航

右侧：横滚+俯仰

2.6 机架设计

两大类： 十字形和叉字形

多旋翼布局与PX4飞控命名和标识

布局方式	PX4命名	PX4标识
叉字四旋翼	QUAD X	4001
十字形四旋翼	QUAD +	5001
叉形六旋翼	HEXA X	6001
十字形六旋翼	HEXA +	7001
叉形八旋翼	OCTO X	8001
十字形八旋翼	OCTO +	9001
共轴双桨六旋翼	HEXA COA X	11001
共轴双桨八旋翼	OCTO COA X	12001